气凝胶简介及特点

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By 安孚科技

目前安孚气凝胶以二氧化硅气凝胶为主。具有超低的密度(0.003~0.29/cm3)、超高的气孔率(80%~99.8%)和超细的结构(微观网络骨架与孔隙一般都进入纳米范畴,比表面积可达800m2/g以上),由此带来一系列热、光、电、声、吸附方面的优异性能,在保温隔热、光导、介电、声阻隔音、吸附、催化等领域有着广阔的应用前景。目前已经广泛应用于航天、石油化工、冶炼、市政供暖等领域。

气凝胶简介及特点

气凝胶特点

世界最轻的固体,创下14项吉尼斯世界纪录。密度为3.55Kg/m3,仅为空气密度的2.75倍。这种气凝胶呈半透明淡蓝色,重量极轻,因此人们也把它称为“固态烟”。

  • 孔径率最高的纳米孔材料: 90%~99.8%
  • 拥有最大比表面积: 200-1000 m2/g
  • 热导率最低的固体材料:TC=12 mW/mK
  • 隔热,透明, 憎水,防震, 隔音
  • 化学性能稳定: 等同于玻璃 (SiO2)

气凝胶保温绝热原理

根据隔热机理和隔热方式的不同,隔热可以分为 阻隔性隔热、 反射隔热及 辐射隔热三类。

  • 对流:

气凝胶涂料是一种有附着力、并施工后干燥成膜的隔热材料施工方便、无污染无毒。

  • 辐射:

由于材料内的气孔均为纳米级气孔再加材料本身极低的体积密度,使材料内部气孔壁数日趋于“无穷多”,对于每一个气孔壁来说都具有遮热板的作用,因而产生近于“无穷多遮热板”的效应,从而使辐射传热下降到近乎最低极限。

  • 热传导:

由于近于无穷多纳米孔的存在,热流在固体中传递时就只能沿着气孔壁传递,近于无穷多的气孔壁构成了近于“无穷长路径”效应,使得固体热传导的能力下降到接近最低极限。

气凝胶简介及特点

安孚气凝胶涂料性能特点

气凝胶涂料既保留了水性涂料绿色环保、无毒无味、无组织施工等特点。又通过加入气凝胶粉体,在其本身优异的耐候性、耐热性、耐紫外的基础上。增加了其隔热、保温、防水、防火及隔音等性能。符合国室内空气环境检测 A +级标准,产品更环保安全。

  • 与传统的保温材料相比

气凝胶涂料是一种有附着力、并施工后干燥成膜的隔热材料施工方便、无污染无毒。

  • 与传统涂料相比

具备了真正的隔热性能,导热系数≤0.028W/(m·K)。是机械、设备、工业管道理想材料。

注:产品满足GB/T 1741《漆膜耐霉菌性测定法》标准中要求,经28天培养测试,对黑曲霉、出芽短梗霉、黄曲霉的长霉等级为0级。

安孚气凝胶涂料简介

目前安孚气凝胶成膜材料一般成分组成分为气凝胶粉体、树脂、溶剂、填料、助剂等。

  • 气凝胶粉体是通过填料的形式存在于涂料之中,同时填料也可以加入其他功能的填料实现对应的功能,比如抗菌、防火等。
  • 气凝胶粉体由于本身无机纳米孔的性质,进入涂料、浆料中能够带来相应的隔热、保温、防火/阻燃、隔音、防霉、防潮、光学等功能。
  • 因此气凝胶粉体的含量和各种不同填料的添加,就能展示出不同特性,最终导致了涂料在不同应用中不同的表现。

安孚气凝胶节能效果评价

全球40%的能源消耗来源于建筑领域,而在建筑物使用期间暖通设备消耗了大量的能源,其中建筑外围护结构能耗占建筑总能耗50%以上,建筑外围护结构的热损失约占建筑全部能耗损失的70%~80%。因此,提高建筑物外围护结构的隔热保温性能是减少建筑能耗的最有效方法。

随着绿色建筑与建筑节能越来越受到重视,建筑隔热保温涂料作为一种新型的建筑保温隔热材料也得到了快速的发展。在“碳中和”背景下,建筑行业需进一步提高节能降碳力度,在以制冷需求为主的地区,对建筑外墙使用隔热保温涂料是一种有效的被动式节能措施。为了实现建筑运行过程中的节能减排,促进隔热保温涂料的推广,需要找到一种能够有效评价隔热保温涂料节能效果的评价指标和评价方法。

隔热保温涂料节能机理

空调热负荷由围护结构的热传导q1和室外空气和室内空气的热对流q2组成。围护结构的热传导是建筑外表面受太阳光照射吸热,然后通过围护结构传递到建筑内部,其主要影响因素是墙体外表面温度和墙体结构传热系数。用墙内边界条件建立方程,墙体外表面温度可以表示为:

气凝胶简介及特点

式中:Tout(x,t)为建筑外表面温度;λ为建筑墙体导热系数;αout为围护结构外表面对流换热系数;Tz(t)为室外空气综合温度;Tout(t)为室外气温;ρ为太阳光辐射吸收系数;I(t)为太阳光辐射能。

因此,建筑外表面温度由对流换热、太阳光辐射能和墙体导热系数决定,墙体内表面温度可表示为:

气凝胶简介及特点

式中:αin为围护结构内表面对流换热系数。

墙体内表面温度由墙体导热系数λ、墙体外表面温度和对流换热决定。对于相同工况条件下,墙体外表面温度主要由太阳光辐射吸收系数和墙体导热系数决定,对于一般非透光的外墙围护结构,外墙表面太阳光辐射吸收系数ρ与太阳光反射比γ有如下关系:

气凝胶简介及特点

综上,隔热保温涂料的高反射比和高热阻(低导热系数)特性使上述式中的Tz(t)下降,产生节能效果。

隔热保温涂料节能实验与模拟

温差

参照 GB /T 25261—2018《建筑用反射隔热涂料》中提供的实验方法,对隔热保温涂料、同色漆、水泥3种涂料进行隔热温差实验。用 XPS 板制作360 mm×360 mm×330mm的无盖箱,以360mm×360mm×2 mm的纤维增强硅酸钙板为基板,分别涂覆隔热保温涂料、同色漆、水泥,并与箱体密封。为避免边界效应、使XPS板达到较好的绝热效果,XPS 板的热阻要大于基板与各涂料的总热阻一个量级。温度探头采用T型热电偶(安捷伦数据采集仪34972A),在板的背面,以板的对角中心处为圆心的圆周上均匀取 4 个测温点 T1~T4,板的外表面中心处布置测点 T5 以监测板的外表面温度,测温探头用胶带粘贴以使其与板紧密粘贴; 距箱外 50 mm 处布置 T6 测点以监测环境温度,箱内空间中心位置布置测点 T7 以监测盒内空气温度。左图为隔热温差实物图。

气凝胶简介及特点
气凝胶简介及特点

右图为背板温度变化图,在初始阶段,隔热保温涂料的温升曲线斜率远小于其他涂料,且较早的达到了温度动态平衡,最终稳定在40.3℃,而同色漆和水泥则最终分别稳定在49.5℃、65.2℃,说明隔热保温涂料其反射大部分的光辐射能量; 其极低的导热系数进一步阻隔了热量向基体的传递,热反射和热阻隔协同作用,得到较好的隔热效果。

节电

以制冷需求为主且太阳辐射强度较大的夏热地区为例,针对该地区一字型、T字型、T字型( 大户型) 3种典型建筑模型,采用EnergyPlus软件计算隔热保温涂料与两种常用外墙材料( 同色漆、水泥) 应用于典型住宅建筑全年制冷能耗。同色漆、水泥的太阳光反射率分别代表目前该地区的新建建筑与老旧建筑。3种典型建筑模型见下图。

气凝胶简介及特点

下图为3种典型建筑外墙分别应用隔热保温涂料、同色漆、水泥后的全年制冷能耗,由图可知,使用隔热保温涂料后,建筑的制冷能耗有了显著降低:相比于代表老旧建筑涂料的水泥,全年制冷能耗降低了27.70%~34.14%;相比于代表新建建筑涂料的同色漆,全年制冷能耗降低了8. 8%~11. 4%。进一步分析可知,使用隔热保温涂料对不同建筑类型的节能效果也不同,如相比于水泥,建筑A的全年制冷能耗减少了13009 kW·h,而建筑B则减少了14483 kW·h,建筑C减少了13355 kW·h

气凝胶简介及特点

综上,使用隔热保温涂料(2mm)对夏热地区的既有建筑改造,表面温度可以降低10~15℃,空调制冷能耗可以降低28~34%。

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